Master's Thesis

Optimization of hydraulic circuit design

Final Thesis 7.23 MB

Author of thesis: Ing. Karolína Fousková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Lukáš Zeizinger, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zbyněk Kania

Abstract:

This thesis focuses on the analysis, mathematical modeling, and subsequent optimization of the PO200 hydraulic press circuit, with the primary objective of enhancing its operational reliability and energy efficiency. The first part of the work summarizes the physical principles of hydraulic presses and provides a comparison of existing solutions currently on the market, followed by functional calculations and their comparative analysis. The main contribution of this work is the development of a digital twin within the Simcenter Amesim environment, the simulation of the effects of undissolved air in the hydraulic fluid on the overall precision of the machine, and a conceptual design of specific modifications for the existing press.

Keywords:

Hydraulic press, hydraulic circuit, Simcenter Amesim, mathematical modeling, aeration of hydraulic fluid, L2 norm, energy efficiency, viscosity

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval svou závěrečnou práci a odpověděl na otázky vedoucího i oponenta. Dále odpovídal na dotazy členů zkušební komise a to následovně: 1) jde o teoretickou práci, nebo aplikaci na nějaký stroj? - odpověděla 2) které jsou základní vlastnosti hydraulických olejů? - odpověděla 3) jakou konstrukci chladiče použijete? - odpověděla 4) jak bude teplo zachycené chladičem využito? - odpověděla 5) je předehřev finančně výhodný? - odpověděla

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

prof. Štefan Čorňák, Dr. (místopředseda)
doc. Ing. Robert Brázda, Ph.D. (předseda)
Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. (člen)
Ing. Antonín Šťastný, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Žlebek (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lukáš Zeizinger, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá optimalizací návrhu hydraulického okruhu lisu PO200 se zaměřením na zvýšení provozní spolehlivosti, přesnosti a energetické účinnosti. Zadání požadovalo zpracování současného stavu poznání, provedení funkčního výpočtu zařízení, optimalizaci vybraných parametrů a koncepční návrh změn hydraulického okruhu. Tyto cíle byly splněny v plném rozsahu. Studentka prokázala schopnost propojit teoretické poznatky z oblasti hydraulických systémů s praktickým výpočtovým a simulačním řešením konkrétního průmyslového zařízení.

V úvodní části práce je přehledně zpracován současný stav poznání v oblasti hydraulických obvodů, tlakových kapalin, hydraulických komponent a konstrukčních řešení lisů. Na tuto část logicky navazuje detailní specifikace řešeného lisu PO200 firmy Dieffenbacher a funkční výpočty hydraulického systému. Studentka provedla výpočet základních parametrů lineárního hydromotoru, průtoků, tlaků, rychlostí pracovního cyklu, tlakových ztrát, tepelné bilance, chlazení i návrhu předehřevu hydraulické kapaliny. Výsledky jsou zpracovány systematicky a tvoří pevný základ pro následnou simulační část práce.

Za nejvýznamnější přínos práce považuji vytvoření náhradního výpočtového schématu hydraulického okruhu v prostředí Simcenter Amesim. Studentka zde sestavila funkční simulační model, definovala pracovní cyklus lisu pomocí stavového řízení a provedla simulační experiment zaměřený na vliv nerozpuštěného vzduchu v hydraulické kapalině. Pozitivně hodnotím také použití metriky L2 normy pro objektivní kvantifikaci odchylek polohy a síly při různém stupni zavzdušnění. Tento způsob vyhodnocení dává práci vyšší odbornou úroveň, protože umožňuje porovnat vliv jednotlivých hydraulických kapalin nejen kvalitativně, ale i kvantitativně.

Celkově hodnotím práci jako velmi zdařilou. Studentka prokázala samostatnost, technické uvažování, schopnost práce s odbornými zdroji i schopnost využít moderní simulační nástroj pro řešení praktického inženýrského problému. Výsledky práce mají zřejmou praktickou využitelnost, zejména v oblasti volby vhodné viskózní třídy hydraulické kapaliny, omezení zavzdušnění a návrhu aktivního předehřevu hydraulického systému. Práce splňuje požadavky kladené na diplomovou práci ve velmi vysoké kvalitě, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení A / výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Zbyněk Kania

Téma práce, míněno optimalizace hydraulického okruhu pomocí modelování jednotlivých vlastností vstupujících parametrů a jejich vlivu na funkci a účinnost stroje je vysoce aktuální.

Diplomantka zpracovala celou práci, od úvodu až po vyhodnocení velmi přehledně, s logickou návazností jednotlivých kapitol.

Je příjemným překvapením, že jedno z hlavních kritérií optimalizace bylo zohlednění vlastností hydraulických kapalin a přihlédnutí k obsahu vzduchu v kombinaci s viskozitou, což jsou veličiny v praxi opomíjené, v oblasti návrhové a výpočtové jen zřídka detailně zohledňované.

Diplomantka prokazuje za pomoci modelů důležitost výše uvedeného.

Výsledky práce jsou dostatečně vypovídající a navíc – jsou v souladu jak s praktickými poznatky a zkušenostmi, tak i s (v praxi často využívaným) intuitivním pojetím problému ve fázi základního návrhu stroje.

Jako drobný nedostatek lze uvést:

V některých případech ne zcela jednoznačné názvosloví ( Příklad: Hydraulický válec, Lineární hydromotor ) Kapitola 4.1: Hodnota modulu objemové pružnosti kapaliny uvedená v textu není korektní ( pravděpodobě překlep ), nicméně do následujícího výpočtu je dosazena hodnota správná Kapitola 4.2: Výsledky výpočtu lisovacího tlaku a tlaku při zpětném pohybu jsou výsledky uvedeny v kPa. To je sice formálně správné, nicméně v technické praxi je zde zažita jednotka MPa ( případně bar ) Ve funkčních výpočtech bylo použito softwarového produktu Simcenter Amesim. Dle mého názoru by bylo vhodné uvést alespoň krátký textový odstavec o tomto nástroji, jeho využití a možnostech.

Závěrem lze konstatovat, že předložená diplomová práce splňuje veškeré požadavky kladené na tento typ prací. Zpracování je příkladné, závěry jsou zřejmé a diplomantka prokazuje vysokou míru samostatného inženýrského myšlení
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V závěru práce zmiňujete pravidelnou diagnostiku hladiny zavzdušnění – prosím popište, jak by to mělo probíhat
  2. Prosím objasněte hodnoty Ekvivalentních L2 norem ( tabulka 5 ), jmenovitě hodnotu u produktu BP ENERGOL HLP-HM32

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová